[发明专利]一种无线传感器网络MAC协议方法

说明书

技术领域

本发明属于无线传感器网络数据传输领域，特别是一种无线传感器网络MAC协议方法。

背景技术

MAC协议是定义数据帧怎样在介质上进行传输的协议，其位于OSI七层协议中数据链路层，主要负责控制与连接物理层的物理介质。在发送数据的时候，MAC协议可以事先判断是否可以发送数据，如果可以发送将给数据加上一些控制信息，最终将数据以及控制信息以规定的格式发送到物理层；在接收数据的时候，MAC协议首先判断输入的信息并是否发生传输错误，如果没有错误，则去掉控制信息发送至LLC层。

目前在无线传感器领域中，S-MAC协议方法被广泛采用。该协议采用周期性的侦听和睡眠机制，一个节点给相邻节点发送数据只能等到相邻状态处于侦听状态时。如图1所示，S-MAC协议方法下，节点的状态周期分为唤醒半周期和活动半周期，唤醒半周期包括侦听时间和休眠时间，活动半周期包括侦听时间和激活事件处理时间；当转发节点1要转发数据时，下层的网络节点2可能正处于休眠时间，这样数据转发就必须等到网络节点2转换到节点活动半周期，这个等待时间t导致数据延迟，这种由于传感器网络节点休眠带来的通信时延会随着路径上跳数的增加成比例增加，导致网络效率的极大降低。因此，现有S-MAC协议方法仅适用于监测时延可以稍微长些但仍能比较实际的反应现场的情况的设备，对于要求监测网络实时性较高的设备可能会产生延时；同时，在一个周期内，唤醒半周期和活动半周期的占空比不随网络流量变化动态调整，适合于高流量的情况下使用，对于低流量情况下可能会导致能量浪费，增加时延。

发明内容

本发明针对现有S-MAC协议方法存在的节点数据传输延时的问题，提出了一种无线传感器网络MAC协议方法。

该方法包括以下步骤：

步骤一：设定唤醒周期第一侦听次数阈值和唤醒周期第二侦听次数阈值；

步骤二：节点定时器启动节点的唤醒半周期而进入唤醒半周期的侦听时间，

判断在唤醒半周期的侦听时间内，连续无激活事件的侦听次数是否达到设定的第一侦听次数阈值，是则将唤醒半周期延长1.5倍。

本发明的S-MAC协议方法减小了下层网络节点活动时间和上层节点活动时间的对应偏移程度，这样上下层节点数据收发就能及时响应，多个节点的延伸就使得数据迅速转发，解决了传统S-MAC协议方法因节点休眠带来的延迟问题。

附图说明

图1为现有S-MAC协议方法的节点的状态周期时序图。

图2为本发明S-MAC协议方法的节点的一种状态周期时序图。

图3为本发明S-MAC协议方法的节点的另一种状态周期时序图。

图4为本发明S-MAC协议方法的节点的再一种状态周期时序图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

本发明S-MAC协议方法首先是根据节点通信吞吐量来动态设定唤醒半周期的时间，该通信吞吐量是用以衡量在给定时间内，收发节点之间成功传输的数据量大小。该方法具体包括下述步骤：

步骤一：设定唤醒周期第一侦听次数阈值和唤醒周期第二侦听次数阈值；

步骤二：节点定时器启动节点的唤醒半周期而进入唤醒半周期的侦听时间，判断在唤醒半周期的侦听时间内，连续无激活事件的侦听次数是否达到设定的第一侦听次数阈值，是则将唤醒半周期延长1.5倍，如图2所示。该激活事件可以是RTS和CTS请求数据包信息、网络冲突信息、等待数据发送确认信息等。

步骤二中，在判断在唤醒半周期的侦听时间内，连续无激活事件的侦听次数是否达到设定的第一侦听次数阈值的步骤同时，还可以包括下述步骤：

步骤三：判断均侦听到激活事件的侦听次数是否达到唤醒周期第二侦听次数阈值，是则将唤醒半周期减小一半，如图3所示。

本发明S-MAC协议方法其次是改变了节点唤醒半周期和活动半周期的占空比，具体是在步骤一前或后包括下述步骤：

步骤四：节点定时器启动节点的活动半周期。

步骤五：判断在节点活动半周期的侦听时间内是否收到激活事件，是则进入激活时间处理时间，收发激活事件相应数据；否则关闭节点的通信模块，以提前结束活动周期，达到减少能量损耗的目的，如图4所示。

本发明的S-MAC协议方法根据节点通信吞吐量来动态设定唤醒半周期的时间，特别适用于监测网络环境信息的无线传感器网络，如监测环境图像、环境温度、环境湿度等网络，以及电力塔等信息变化缓慢的无线传感器网络。